衛星通信網絡跨層資源管理方法研究

魏鑫

【摘要】 現階段，全球的信息化以及網絡化有著逐漸提高的需求，地面的通信網絡已遠遠不能有效滿足逐漸增加的多媒體通信方面的實際需求，通過衛星網絡來高效及時的傳輸數據已經變為非常關鍵的一個解決方法。衛星通信技術的快速發展，這就造成衛星網絡變為能夠有效承載很多全新業務的一個重要載體，這就產生了跨層協議設計的相關思想。該設計方法對之前的分層協議結構的局限性進行了有效的打破，層和層間應該利用跨層交互信息來對網絡性能進行有效的優化，有效提升無線網絡資源的實際利用率。

【關鍵詞】 衛星通信網絡 跨層資源管理 無線資源

眾所周知，衛星通信系統當中頻譜資源極其的寶貴，為了有效滿足用戶的相關需求，應該運用相對比較合理的無線資源管理的相關算法來進行有效的保障，該管理的具體目標是在相對比較有限的資源之下，為了對網絡當中的用戶終端有效提供業務質量方面的保障，最根本的出發點就是在網絡的各種業務量的分布不是非常均勻、信道特性因為干擾以及衰弱而造成的起伏變化等相關的情況，對可以運用的資源進行靈活性的分配，進而對網絡資源的利用率進行最大程度的提高。

一、對衛星通信系統跨層設計的思想進行分析

通常來講，衛星通信系統的協議設計方式基本都是在開放系統互聯（OSI）標準之上，一般情況下，OSI參考模型主要的目標是為了有效實現開放系統互聯所構建的功能分層的模型，這為計算機的互聯有效的提供了共同性的基礎以及框架，進而為標準的兼容性以及一致性提供了一定的參考[1]。該模型已經在一定程度上有效提供了功能性結構以及概念性結構，該模型具體將計算機網絡的結構分成了七層，分別是應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層以及物理層。

這樣進行劃分存在著很大的優勢，具體為：將相對比較類似的功能在同一層次上進行集中，進而對隔層當中的繼承以及描述功能進行有效的完成，層與層之間的劃分應該有效保證服務描述比較少，跨越邊界的交互也應該相對比較少，各層之間的劃分應該可以對接口標準提供一定的方便性[1]。在該模型當中，各個層所具有的功能都是相對比較獨立的，也就是說，每一層都會對相對上一層進行服務。

二、對跨層資源管理優化目標進行分析

通常來講，跨層資源管理的實際目標就是在相對比較有限的頻譜資源之下來對業務的服務質量進行有效的提高。不同的服務質量需要對各協調層所具有的功能進行有效的協調，對業務提供滿意的服務質量。服務質量能夠在網絡以及用戶兩角度來進行描述。站在用戶角度，能夠將其具體定義成：用戶綜合評價業務的服務滿意的實際程度以及業務服務的性能。QoS表示網絡能夠提供給用戶的實際服務質量，這些參數具體包含丟包率、吞吐量、傳輸延遲[1]。

第一，丟包率：指的主要是數據包在網絡當中進行傳輸時所丟失的數據包和已經發送的數據包總數之間的比值。當網絡發生擁塞或者鏈路發生干擾進而引起衰落時，會導致數據包的嚴重丟失。

第二，吞吐量：指的主要是網絡當中數據包的傳輸速率，能夠表示為峰值速率或者平均速率，取決于結點設備的端口速率以及鏈路速率，同時還包括網絡的業務量實際狀況。

第三，傳輸延遲：指的主要是在網絡當中數據包從源端直接發送到目的端所經歷的實際傳輸時間的具體間隔【2】。導致網絡發生延遲的非常關鍵的原因包括：排隊延遲、信道帶寬、鏈路的速度延遲等等。

衛星網絡當中主要包含兩種業務類型，分別是非實時業務以及實時業務，其中，非實時業務主要包含Web瀏覽、電郵業務以及FTP文件下載等等；實時業務主要包含視頻點播、視頻會議以及話音業務等[2]。通常來講，實時業務對延遲非常的敏感，應該運用傳輸的信息數量來進行描述。一般存在著非常嚴格的數據包丟失方面的要求，然而，對于一次傳輸完成不存在時間方面的限制。

總的來講，衛星網絡跨層資源管理方法的具體目標是按照應用層所能夠承載實際業務的服務質量，在無線資源的相關限制之下，利用相對比較科學合理的對各層協議功能進行調整，在衛星網絡環境的動態變化當中，來對業務的服務質量方面的要求進行有效的滿足。

三、對衛星通信系統當中的無線資源管理存在的問題進行分析

通常來講，衛星通信系統當中的無線資源的概念是非常廣泛的，可以說頻率、碼字以及時間等。在任何一個角度，衛星通信系統在資源方面都是受到一定限制的，并且，隨著衛星網絡支持業務的迅速增加和服務質量要求的提高，這就造成衛星網絡提供的服務提出了全新的要求。所以，怎樣有效利用有限的無線資源來對逐漸進行增長的業務要求進行滿足，已變成急需進行解決的一個問題[3]。

無線資源管理是對衛星系統當中的空中接口資源進行調度以及規劃。具體的目標是在相對比較有限的無線資源之下，為所有的用戶都提供相對比較滿意的服務質量。通常來講，衛星效率資源極其的寶貴，怎樣對其進行科學合理的分配，應該依靠無線資源管理算法。這類算法具體有：數據包調度、接入控制以及帶寬分配等相關的技術。下面對這些技術進行具體的分析：

第一，接入控制：衛星網絡的信道屬于是相對比較開放的媒介，帶寬資源也是受到了一定的限制，因此，所有的節點都需要利用競爭來發送數據。

第二，數據包的調度算法：衛星通信系統當中的很多全新業務的引入會造成上行路以及下行路線路當中業務量相差非常大，其中下行鏈路業務是主要的，具體的發展趨勢相似于固定的因特網。為了能夠有效的適用上面的趨勢并對衛星系統當中的下行鏈路數據的傳輸速率以及頻譜效率進行有效的提高，這就需要有效以及高速的調度算法來作為保證[3]。該算法的主要功能是當衛星包調度算法當中存在很多的業務隊列時，根據哪種順序來調度業務隊列來有效保證服務質量。因為衛星信道的高誤碼率特性以及長延遲造成地面的無線網絡當中相對比較常用的調度算法在衛星網絡當中會產生性能方面的降低。

第三，帶寬分配算法：該算法指的主要是在動態或者動態的資源分配的前提之下，將信道資源根據一定的方法向接入節點進行分配，保證節點能夠傳輸數據【3】。現階段，衛星網絡的帶寬分配算法主要有根據恒定的速率分配，在連接的初始階段對傳輸速率進行有效的協商，在整個的連接過程當中來對速率維持不變。

四、結束語

綜上所述，對于衛星網絡無線資源管理方法當中的數據包調度、帶寬分配以及接入控制等相關的問題進行了深入性的研究。對跨層設計的思想進行有效的結合并給出了全新的思路以及方法，給出全新的研究結論，為之后的研究提供依據。

參 考 文 獻

[1]周坡，曹志剛. 基于網絡效用的OFDM衛星移動通信系統呼叫接納控制[J]. 宇航學報，2012，05：628-634.

[2]呂蓉，陸銳敏，曹志剛. 一種用于寬帶衛星通信網絡的跨層星上緩存管理策略[J]. 解放軍理工大學學報（自然科學版），2010，01：1-5.

[3]呂蓉，曹志剛. 衛星ATM網絡中跨層設計的星上緩存管理優化方案[J]. 宇航學報，2011，06：682-686+742.